课程设计教案（方案1,2）201407

1、装备课程设计任务书,设计题目： 数控机床主轴箱设计 二、设定条件：（方案1）该数控机床主轴最高转速4000r/min,最低转速30r/min,计算转速150r/min,最大切削功率5.5kw. 采用交流调频主轴电机,其额定转速1500r/min,最高转速4500r/min.该数控机床主参数为 毫米。选电机功率。 三、设计内容： 方案拟定 2天 结构设计（展开图1#、剖面图1#两张图） 6天 设计计算说明书(15页以上) 0.5天 答辩 0.5天,装备课程设计任务书,设计题目： 数控机床主轴箱设计 二、设定条件：（方案2）该数控机床主轴最高转速4000r/min,最低转速30r/min,计算转速

2、257r/min,最大切削功率5.5kw. 采用交流调频主轴电机,其额定转速1500r/min,最高转速4500r/min.该数控机床主参数为 毫米。选电机功率。 三、设计内容： 方案拟定 2天 结构设计（展开图1#、剖面图1#） 6天 设计计算说明书(15页以上) 0.5天 答辩 0.5天,装备课程设计任务书,四、主轴有刚度型、速度型和刚度速度型。 五、图纸标注内容： (1)齿轮齿、模数； (2) 轴号； (3)滚动轴承型号、公差配合； (4)花键代号、配合； (5)剖面代号 、 剖面图上轴的中心距及公差； (6)箱体轮廓尺寸，主轴中心高,六、参考资料： 机床设计手册（下册） 机工社出版 金

3、属切削机床简明设计手册 机工社出版 机床设计图册 上海科学技术出版社 金属切削机床 大连理工大学 戴曙编 机工社出版 金属切削机床概论 吉林工业大学 贾亚洲编 机工社出版 教材：机械制造装备设计 教材：机械零件设计手册（即机械设计课程设计） 8.其他（网上资料） （每个班借一两套，同学们必须查手册,第一部分: 给定方案设计(方案也可以学生自己定)； 第二部分：主轴箱结构设计,设计内容,第一部分：方案设计（一、方案1设计,一、方案1设计,该数控机床方案1的主运动传动系统图（a）, 转速图(b)和主轴的功率特性图（c） 一、方案1 取变速箱公比等于电机恒功率调速范围： 主轴恒功率调速范围 =400

4、0/150=26.7 电动机恒功率调速范围 =4500/1500=3 变速箱公比 = 3 变速箱变速级数为Z=3级。 推荐：FANUC交流主轴电机S系列 6S （参见金属切削机床简明设计手册第607页和584页（电机头部结构） 长期运行 5.5KW ； 30分钟内运行7.5KW,二、方案2设计,方案2设计,该数控机床的主运动传动系统图（d）, 转速图(e)和主轴的功率特性图（f） 一、方案 为简化结构，采用双速变速箱（z=2） 主轴恒功率调速范围 =4000/257=15.51 电动机恒功率调速范围 =4500/1500=3 变速箱公比 = 5.17 主轴的功率特性图上有缺口,方案2设计,电机

5、：FANUC交流主轴电机S系列 8S （参见金属切削机床简明设计手册第607页和584页（电机头部结构） 长期运行 7.5KW ； 30分钟内运行11KW 一般NC机床不会长期工作。 (再讲解图(f) 例如功率特性图缺口处功率 = =3*11/5.17=6.4KW5.5KW 故实际切削中电机功率特性合乎要求,电机头部尺寸1,电机头部尺寸2,方案2变速箱的传动系统图（即展开图,1、齿轮模数的估算 45#钢淬火齿轮 m=32 (mm) 2.5mm3.5mm(主轴上小齿轮如果模数小，则直径太小，最好33.5mm) 式中:z小齿轮齿数（工作中最危险的齿数 轴22齿齿轮） 小齿轮的计算转速(683r/m

6、in) N齿轮所传递的功率 KW 2、传动轴最小直径的计算 d=91 (mm) ( 该轴的计算转速 (683r/min) ，N该轴所传递功率，KW) 该轴允许的扭转角1deg/m,二、传动件动力计算（方案1,注意,在前面最小齿轮模数和传动轴直径的计算中，为保险起见它们传递的功率都可以取主轴最大切削功率5.5kw。这样计算得两个方案中，最小齿轮模数为2mm;最小传动轴直径为28mm。 而如果方案1中功率取电机功率7.5KW;计算得模数为2.6mm;轴直径为30mm; 如果方案2中功率取电机功率11KW；计算得模数为2.6mm;轴直径为32mm。 结论：主轴齿轮模数3mm以上；方案1中间轴直径为3

7、0mm；方案2中间轴直径为32mm。 这样主轴箱的强度和刚度都满足要求，不需要校核,1、齿轮模数的估算 45#钢淬火齿轮 m=32 (mm) 2.5mm3.5mm(主轴上小齿轮如果模数小，则直径太小，最好33.5mm) 式中:z小齿轮齿数（工作中最危险的齿数 轴34齿齿轮） 小齿轮的计算转速(683r/min) N齿轮所传递的功率 KW 2、传动轴最小直径的计算 d=91 (mm) ( 该轴的计算转速 (683r/min) ，N该轴所传递功率，KW) 该轴允许的扭转角1deg/m,二、传动件动力计算（方案2,3.主轴轴颈的选取 由教材表313 （装备设计教材上124页） 主轴传递功率:3.75

8、.5kw 主轴前轴颈： =70105，取 =100mm, 后轴颈： =7085 取 =80mm， 主轴内孔直径=52mm. 主轴前端6号莫氏锥度与顶尖联结,3.主轴轴颈尺寸的选取,一.主轴结构设计 主轴前端：6号C型，尺寸参见 金属切削机床简明设计手册第35-40页. 主轴前端内孔为6号莫氏锥度。 （法兰式车床主轴端部尺寸(JB2521-79)摘录 C型：通过杆销螺柱及转垫实现快换连接,第二部分：主轴箱结构设计,主轴前端结构图1,主轴前端结构图2,说明,主轴前端采用短锥法兰式结构，用于安装卡盘或拨盘。如前图1。卡盘座4由主轴3的短圆锥面定位。安装时，使事先装在卡盘座4上的四个双头螺柱5及其螺母

9、6通过主轴轴肩及锁紧盘（圆环）2的圆柱孔，然后将锁紧盘2转一个角度，双头螺柱5处于锁紧盘2的沟槽内（如图2），并拧紧螺钉1和螺母6，就可以使卡盘可靠的安装在主轴前端,1、刚度型主轴：数控车床主轴 2、速度型主轴：高速CNC车床 3、 刚度速度型主轴：数控机床 数控机床主轴的轴承配置，主轴一般是前端定位，即主轴前端承受前后两个方向的轴向力，该轴向力要传递到箱体上去。所以对于角接触球轴承来说，轴承大端的朝向要特别注意！ 轴承的接触角和精度等级要选择。 （上课时要认真讲，相当于有9种设计方案）重点,二.主轴结构类型的选择（重点,前支承采用双列短圆柱滚子轴承承受径向载荷， 双向推力角接触球轴承承受双向

10、轴向载荷；后支承采用双列短圆柱 滚子轴承承受径向载荷。 双列短圆柱滚子轴承 NN3000K (老：D3182120) 双向推力角接触球轴承 234400（老：D2268120） 注意：主轴结构应尽可能紧凑，主轴前后径向轴承间跨距 方案1在500mm多以内（因为有3连滑移齿轮）； 方案2在400500mm以内。 参考教材上CA6140车床主轴头部来设计,1、刚度型主轴结构,这种轴承配置的主轴部件，适用于中等转速和切削负载较大，要求刚度高的机床。如数控车床主轴、镗削主轴单元等,2、高速主轴结构,主轴前后轴承都采用角接触球轴承（两联或三联）。当轴向切削分力较大时，可选用接触角为25的球轴承；当轴向切

11、削力较小时，可选用接触角为15的球轴承。在相同工作条件下，前者的轴向刚度比后者大一倍。 角接触球轴承具有良好的高速性能，但它的承载能力较小，因而适用于高速轻载或精密机床，如高速镗削单元、高速CNC车床等,速度型数控机床主轴。主轴前后轴承都采用角接触球轴承（两联或三联等），速度高。轴承型号要自己查手册确定,3、速度刚度主轴结构,前轴承采用(二联或三联）角接触球轴承，后支承采用双列短圆柱滚子轴承。主轴的动力从后端传入，后轴承要承受较大的传动力，所以采用双列短圆柱滚子轴承。 前轴承的配置特点是：外侧的两个角接触球轴承大口朝向主轴工作端，承受主要的轴相力；第三个角接触球轴承则通过轴套与外侧的两个轴承背

12、靠背配置，使三联角接触球轴承有一个较大支承跨，以提高承受颠覆力矩的刚度,轴承型号要自己查手册确定,1）齿轮的宽度 b=(610)mn (装在轴中间的齿轮取大值，靠近支撑处取小值） （2）变速组所占用的轴向尺寸 一定要保证一对齿轮完全脱开后， 下一对齿轮才能开始进入啮合 ( 3)空刀槽 mn=2.54 mm 6 mm(拨叉槽 10mm) (4)轮壳长度(2连滑移齿轮) 滑移齿轮块 L (1.22)d 固定齿轮块 L (0.81.5)d,三.齿轮块设计,5)轮壳长度（3连滑移齿轮） 滑移齿轮块 L (1.54.5)d，具体根据计算来确定。 固定齿轮块 L (0.81.5)d （6）主轴上用压块锁紧

13、圆螺母：防松 。（机床设计手册下册728页）。 齿轮与轴：齿轮向一边凸， 不能两边凸,齿轮块设计,6)圆齿 齿轮 从齿根圆倒角 3.传动轴设计（即第 轴）有花键 滑移齿轮的花键大小径的平均值应大于轴径计算值。 矩形花键：N * d * D * B 键数 小径 大径 键宽 4.箱体设计 壁厚：15mm20mm 表面只能内凸不能外凸,5.剖面图1#图纸 （尺寸标注，主轴(（要靠近工人)中心高205mm）。因为是400mm车床。 （1）展开图上要有剖面号。 （2）主轴剖面图上要有主轴箱 的盖子。 （3）剖面图上箱体内 应有铸造圆角。 参考教材上CA6140车床 主轴箱剖面图来设计,主轴箱剖面图设计,主轴头部结构。箱体上要有拔模斜度，采用内六角螺钉。 电机的安装与固定。电机处齿轮模数 要大于2.5mm,否则电机不好安装。 结构设计图：展开图1#和剖面图1#图纸。 不要在展开图上写明细表。说明书上也可以不写。 在1#图板上设计图纸比例可能要缩小， 图纸比例在1:1.5以内,特别注意,特别注意,1、结构工艺性 设计的主轴